JP2011149323A

JP2011149323A - 蒸気タービンロータ及び蒸気タービンロータの製造方法

Info

Publication number: JP2011149323A
Application number: JP2010010982A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tada; 慎司多田; Tadahiro Iwakura; 忠弘岩倉; Yoshihiro Sakai; 吉弘酒井; Kenji Nakamura; 憲司中村
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: JP5413212B2

Abstract

【課題】ロータディスクの周縁に動翼の翼列をアキシャルエントリー式に装着した蒸気タービンロータにおいて、簡易な構造及び施工法で信頼性の高い防食機能を確保する。
【解決手段】動翼２の翼脚部２ｂをロータディスク１の翼溝１ａに嵌合した組み立て状態で、動翼２とロータディスク１とを嵌合することによりロータディスク１の蒸気流入側面５及び蒸気流出側面６に形成される隙間３ａ、３ｂとロータディスク１の外周に形成される隙間４とのそれぞれについて、これら隙間を覆い且つ隙間端部からの幅が所定の腐食代相当の領域からなる被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３のみに皮膜１１ａ〜１１ｃを成膜する。このとき、目標とする腐食寿命が経過するまでの間、皮膜１１ａ〜１１ｃが剥がれたり、皮膜１１ａ〜１１ｃの下層への腐食の回り込み等により腐食性成分が隙間に侵入したりすることなく、防食材としての性能を確保することの可能な幅を、腐食代として設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービンロータに関し、特に、タービン動翼の翼脚とロータディスクの翼溝とを嵌め合わせるようにした蒸気タービンロータ及び蒸気タービンロータの製造方法に関する。

一般に、蒸気タービンでは、各段のロータディスクの周縁に沿って動翼の翼列が装着されており、特に、最終段低圧部の動翼には高い強度が要求されるため、アキシャルエントリー式の固定構造が採用されている。
図４から図６は、アキシャルエントリー式による動翼の基本的な構造を示したものである。

各図において、１はロータディスク、２は動翼であり、図４に示すように、ロータディスク１には、その外周縁に沿ってクリスマスツリーと呼ばれる溝形状の翼溝１ａが軸方向に刻設されている。その結果、ロータディスク１の外周にクリスマスツリー形状のツリー部１ｂが形成されている。
一方、動翼２には、翼幹２ａの根元に、翼溝１ａに対応するクリスマスツリー形状の溝形状が刻設された翼脚部２ｂが形成されている。

そして、図６に示すように、翼溝１ａ及び翼脚部２ｂの溝どうしが嵌合するように動翼２を、ロータディスク１の軸長方向から嵌め込むことにより、動翼２をロータディスク１に固定するようになっている。
このため、ロータディスク１に動翼２をアキシャルエントリー式に装着した蒸気タービンロータ５０では、動翼２の翼脚部２ｂとロータディスク１のツリー部１ｂとの間に僅かながら隙間が形成される。図６の場合には、ツリー部１ｂと翼脚部２ｂとの間に隙間３が形成され、隣り合う翼脚部２ｂどうしの間に隙間４が形成される。

そして、ツリー部１ｂと翼脚部２ｂとの隙間３は、図７に示すように、ロータディスク１の軸方向に形成されるため、動翼２を通過する蒸気の通流方向に沿って形成されることになり、しかも、蒸気タービン稼働中には、動翼２の蒸気流入側面５と蒸気流出側面６との間に動翼２で発生する動力に応じた圧力差が生じることから、蒸気タービン稼働中に、この隙間３に、硫化水素や塩化物イオンなどの腐食性成分を含む蒸気が流入することになる。

流入した蒸気は、蒸気タービンが運転停止したことによる圧力変動や、運転状況によって乾燥と湿潤とが繰り返されることによって結露し、蒸気中に含まれる腐食性成分が濃縮した液体として翼脚部２ｂや翼溝１ａ表面に付着する。
通常、蒸気タービン稼働中は、蒸気タービン内には酸素は存在せず、酸化腐食は生じ難いものの、蒸気タービンに異常が生じたとき或いは停止期間中には酸素が供給され、このため腐食が生じ、この腐食に伴って応力腐食割れや腐食疲労等が生じ、ロータディスク１や動翼２に影響を及ぼすおそれがある。

そこで、翼溝１ａ及び翼脚部２ｂの防食方法として、ロータディスク１の翼溝１ａに、刷毛塗り法等によりコーティングを施した後、動翼２をロータディスク１に取り付けるようにしたもの、或いは、翼溝１ａに耐熱性を有する有機系樹脂をディスペンサで塗布することによりコーティングの作業性の向上を図ったもの（例えば、特許文献１参照）等が提案されている。

また、特許文献２には、さらなる防食性の向上を図るために、動翼２の翼脚部２ｂとロータディスク１の翼溝１ａとにそれぞれ２層の防食層を設け、その後、動翼２をロータディスク１に取り付けるようにしたものも提案されている。この２層の防食層としては、例えば１層目は薄い鱗片状の二硫化モリブデンとエポキシ樹脂の結合剤との混合剤からなる内側防食層、２層目はフッ素ゴム樹脂剤等からなる外側防食層で構成されたものである。

また、動翼２をロータディスク１に取り付けた状態で、タービンロータ部材表面全体に金属コーティングを溶射することで防食を図るようにしたもの（例えば特許文献３参照）、図８に示すように、ロータディスク１のツリー部１ｂ及び動翼２の翼脚部２ｂの端面を、閉塞板７を用いて塞ぐことでツリー部１ｂと翼脚部２ｂとの間にできる隙間に蒸気が侵入することを防止するようにしたもの（例えば、特許文献４参照）なども提案されている。

特開平７−１１９４０２号公報特開２００４−２０４７６０号公報特開平７−２７８７８０号公報特開２００５−６９０１８号公報

しかしながら、上述のように、刷毛塗り法や、ディスペンサなどにより、ロータディスク１の翼溝１ａや、翼脚部２ｂの表面に樹脂を塗布して防食層を形成する方法においては、ロータディスク１の１段あたりの装着枚数が３０枚程度にも及ぶ動翼２の個々について樹脂を均一な厚さに塗布し、さらにその塗布状態を検査するのには多大な時間と労力とを要することになる。

また、閉塞板７を用いて動翼２の翼脚部２ｂ及びロータディスク１のツリー部１ｂの端面を塞ぐ方法にあっては、蒸気タービンロータの外周面の隣り合う動翼２間に生じる隙間４を防ぐ構造が難しく、密閉性の面で不十分であると考えられる。この密閉性不足を補助する目的で、翼脚部２ｂに合成樹脂を塗布した後、動翼２をロータディスク１に取り付けることにより、隙間４の密閉を図る方法も提案されているが、前述と同様に、施工や検査工程に多大な時間を要す等といった問題がある。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、ロータディスクの周縁に動翼の翼列をアキシャルエントリー式に装着した蒸気タービンロータにおいて、簡易な構造、施工法で信頼性の高い防食性を確保することの可能な蒸気タービンロータ及び蒸気タービンロータの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る蒸気タービンロータは、動翼を嵌め込むための複数の嵌め込み溝が外周部に形成されたロータディスクを有するロータ本体と、前記嵌め込み溝と嵌合する複数の動翼とを備え、前記嵌め込み溝と前記動翼とを嵌合させることにより形成される隙間への腐食性成分の侵入を阻止するための遮蔽層を備えた蒸気タービンロータにおいて、蒸気タービンロータの蒸気流入側又は蒸気流出側に開口した隙間に対する遮蔽層は、前記隙間の開口部と当該開口部の縁から所定の腐食代の幅の領域とからなる被覆領域のみに配置されることを特徴としている。

また、請求項２に係る蒸気タービンロータは、前記腐食代は、前記遮蔽層が、前記隙間への腐食性成分の侵入を防止する遮蔽材としての機能を維持することの可能な期間を表す腐食寿命の目標値に応じて設定されることを特徴としている。
また、請求項３に係る蒸気タービンロータは、前記ロータディスクの外周側に開口した隙間に対する遮蔽層は、前記ロータディスクの外周側に開口した隙間の開口部と当該開口部の縁から前記腐食代の幅の領域とからなる被覆領域のみに配置されることを特徴としている。
さらに、請求項４に係る蒸気タービンロータは、前記遮蔽層は、合成樹脂からなる第１の皮膜と、第２の皮膜との積層構造を有し、前記第２の皮膜は、前記第１の皮膜を覆う金属コーティング層であることを特徴としている。

また、請求項５に係る蒸気タービンロータの製造方法は、動翼を嵌め込むための複数の嵌め込み溝が外周部に形成されたロータディスクを有するロータ本体と前記嵌め込み溝と嵌合する複数の動翼とを備え、前記嵌め込み溝と前記動翼とを嵌合させることにより形成される隙間に、当該隙間への腐食性成分の侵入を阻止する遮蔽層を設けるようにした蒸気タービンロータの製造方法において、前記遮蔽層が前記隙間への腐食性成分の侵入を防止する遮蔽材としての機能を維持することの可能な期間を表す腐食寿命の目標値に応じて腐食代を設定し、前記嵌め込み溝と前記動翼とを嵌合させた後、前記隙間の開口部と当該開口部の縁から前記腐食代の幅の領域とからなる被覆領域のみに前記遮蔽層を塗布し、且つ、前記遮蔽層を塗布する前に、少なくとも前記被覆領域に、前記遮蔽層との密着性を向上させるための密着性向上処理を行うことを特徴としている。

本発明によれば、嵌め込み溝と動翼とを嵌合させることにより形成される蒸気タービンロータの、蒸気流入側又は蒸気流出側に開口した隙間に対する遮蔽層を、開口部及び開口部の縁から所定の腐食代の幅の領域のみに配置するようにしたから、例えば遮蔽層を蒸気タービンロータの表面全体に配置する場合に比較して、遮蔽層の生成工程及び生成した遮蔽層の確認工程等に要する所要時間を大幅に短縮することができ、隙間への腐食性成分の侵入を容易且つ簡易な構成で防止することができる。

特に、請求項２に係る発明によれば、遮蔽層が、蒸気タービンロータの蒸気流入側又は蒸気流出側に開口した隙間への腐食性成分の侵入を防止する遮蔽材としての機能を維持することの可能な期間を表す腐食寿命の目標値に応じて腐食代を設定したため、仮に、遮蔽層が配置されていない領域における腐食が進み遮蔽層の下に回り込んで腐食が進んだとしても、遮蔽層は、目標とする腐食寿命に達するまでの間は腐食性成分の侵入を防止する遮蔽材としての機能を発揮することができ、必要以上の領域に遮蔽層を配置することを回避し適切な範囲のみに遮蔽層を配置することができる。

また、請求項３に係る発明によれば、ロータディスクの外周側に開口した隙間に対する遮蔽層を、ロータディスクの外周側に開口した隙間の開口部と当該開口部の縁から前記腐食代の幅の領域とからなる被覆領域のみに配置したため、必要以上の領域に遮蔽層を配置することを回避し、隙間への腐食性成分の侵入を容易且つ簡易な構成で防止することができる。
さらに、請求項４に係る発明によれば、合成樹脂からなる第１の皮膜と第１の皮膜を覆う金属コーティング層とから遮蔽層を構成したため、第１の皮膜の耐食性を向上させることができ、結果的に遮蔽層の腐食寿命を延ばすことができる。

また、請求項５に係る発明によれば、嵌め込み溝と動翼とを嵌合させた後、嵌め込み溝と動翼とを嵌合させることにより形成される隙間の開口部と当該開口部の縁から腐食代の幅の領域とからなる被覆領域のみに遮蔽層を塗布し、前記腐食代として、前記遮蔽層が前記隙間への腐食性成分の侵入を防止する遮蔽材としての機能を維持することの可能な期間を表す腐食寿命の目標値に応じて設定したため、例えば遮蔽層を蒸気タービンロータの表面全体に配置する場合に比較して、遮蔽層の生成工程及び生成した遮蔽層の確認工程等に要する所要時間を大幅に短縮することができ作業効率を向上させることができる。さらに、遮蔽層を塗布する前に、少なくとも遮蔽層を塗布する被覆領域を含む領域に、遮蔽層との密着性を向上させるための処理（例えば、ショットピーニングやサンドブラスト処理等）を行うため、遮蔽層の密着性を向上させることができる。よって、被覆領域のみに遮蔽層を設けることにより、遮蔽層を全面に形成する場合等に比較して遮蔽層が剥がれやすくなる等も考えられるが、密着性向上処理を行うことにより、遮蔽層が剥がれやすくなることを回避することができる。

本発明の実施の形態の一例を示す要部の斜視端面図である。（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。本発明のその他の実施の形態を表す図であって、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。ディスクロータの基本構造を示す斜視図である。動翼の基本構造を示す斜視図である。動翼をディスクロータに装着した蒸気タービンロータの要部の斜視端面図である。動翼をディスクロータに装着した蒸気タービンロータの要部の周面図である。従来の防食構造の一例である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した、蒸気タービンロータの要部を示したものであり、ロータディスク１の翼溝１ａに、動翼２の翼脚部２ｂをアキシャルエントリー式に装着した蒸気タービンロータ５０の組立状態の概略構成を示したものである。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
前述のように、ロータディスク１に動翼２をアキシャルエントリー式に装着した蒸気タービンロータでは、動翼２の翼脚部２ｂとロータディスク１のツリー部１ｂとの間、また、隣り合う翼脚部２ｂどうしの間には僅かながら隙間が形成される。

本実施形態においては、図１及び図２に示すように、ツリー部１ｂと翼脚部２ｂとの間又は翼脚部２ｂどうしの間に形成される隙間を覆い且つ隙間の周囲の領域のみに皮膜が形成される。すなわち、図２（ａ）に示すように、ロータディスク１の蒸気流入側面５に形成されるツリー部１ｂと翼脚部２ｂとの間の隙間３ａ、ロータディスク１の蒸気流出側面６に形成されるツリー部１ｂと翼脚部２ｂとの間の隙間３ｂ、さらに図２（ｂ）に示すように、隣り合う翼脚部２ｂどうしによりロータディスク１の外周に形成される隙間４に、それぞれ皮膜１１ａ〜１１ｃが形成される。

前記皮膜１１ａは、図１、図２に示すように、蒸気流入側面５の隙間３ａの開口部を覆い且つ開口部周囲の領域を含む被覆領域ＡＲ１のみに形成される。この被覆領域ＡＲ１は、皮膜１１ａの目標とする腐食寿命（以後、目標腐食寿命という）に応じて設定される。なお、ここでいう、腐食寿命とは、皮膜１１ａを、隙間３ａを覆うように配置した状態で蒸気タービンロータ５０を稼働させた場合に、皮膜１１ａが、外部からの隙間３ａへの腐食性成分の侵入を防止することの可能な期間を表す。

つまり、隙間３ａに皮膜１１ａを被覆した状態で蒸気タービンロータ５０を稼働させた場合、ツリー部１ｂ又は翼脚部２ｂにおいて、皮膜１１ａの下層となる領域（以下、防食領域という）は皮膜１１ａにより遮蔽されるため防食が図られるが、皮膜１１ａが配置されていない部分には腐食が生じる。このため、腐食が進み皮膜１１ａの下側に回り込んで腐食が生じると、皮膜１１ａと防食領域との間に隙間が生じて皮膜１１ａが剥がれたり、また、皮膜１１ａと防食領域との間の隙間を通って隙間３ａに腐食性成分が侵入したりする可能性がある。そこで、皮膜１１ａが剥がれたり、腐食が進んで隙間３ａに腐食性成分が侵入したりすることなく、皮膜１１ａが遮蔽材として腐食性成分の隙間３ａへの侵入を確実に防止することの可能な期間を腐食寿命としている。

前記皮膜１１ｂは、図１、図２に示すように、蒸気流出側面６の隙間３ｂの開口部を覆い且つ開口部周囲の領域を含む被覆領域ＡＲ２のみに形成される。この被覆領域ＡＲ２は、皮膜１１ｂの目標腐食寿命に応じて設定される。
同様に、前記皮膜１１ｃは、図１、図２に示すように、ロータディスク１の外周に形成される隙間４の開口部を覆い且つ開口部周囲の領域を含む被覆領域ＡＲ３のみに形成される。この被覆領域ＡＲ３は、皮膜１１ｃの目標腐食寿命に応じて設定される。

なお、皮膜１１ｂ及び１１ｃにおける腐食寿命とは、皮膜１１ａの場合と同様に、皮膜１１ｂ（又は１１ｃ）を、隙間３ｂ（又は４）を覆うように配置した状態で蒸気タービンロータを稼働させた場合に、皮膜１１ｂ（又は１１ｃ）が外部からの隙間３ｂ（又は４）への腐食性成分の侵入を防止することの可能な継続時間を表す。
そして、皮膜１１ａ〜１１ｃの被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３は、具体的には、次の手順で設定される。すなわち、まず、目標腐食寿命を決定する。例えば、蒸気タービンロータ５０の目標稼働時間に応じて設定し、例えば、蒸気タービンロータ５０をＸ時間稼働させる場合には、皮膜１１ａ〜１１ｃの目標腐食寿命として、皮膜１１ａ〜１１ｃが、Ｘ時間の間、腐食性成分の侵入を防止することの可能な時間相当に設定する。

次に、皮膜１１ａ〜１１ｃの腐食代ｘ１〜ｘ３を設定する。腐食代ｘ１は、図２（ａ）に示すように、皮膜１１ａを、隙間３ａを覆うように配置した場合の、隙間３ａの縁から皮膜１１ａの端部までの領域を表す。すなわち、皮膜１１ａとツリー部１ｂ又は翼脚部２ｂとが接着する接着代を表す。
同様に、腐食代ｘ２は、図２（ａ）に示すように、皮膜１１ｂを、隙間３ｂを覆うように配置した場合の、隙間３ｂの縁から皮膜１１ｂの端部までの領域を表す。また、腐食代ｘ３は、図２（ｂ）に示すように、皮膜１１ｃを、隙間４を覆うように配置した場合の、隙間４の縁から皮膜１１ｃの端部までの領域を表す。

そして、腐食代ｘ１は、予め設定した、目標腐食寿命と、この目標腐食寿命の期間に腐食性成分の侵入を防止することの可能な腐食代との対応に基づいて設定する。この対応は予め実験などによって検出しておく。つまり、前述のように、皮膜１１ａは、皮膜１１ａが配置された場所を除く領域からの腐食の回り込みにより、剥がれたり、腐食性成分の隙間への侵入を十分に防止することができない状態となったりし、その腐食寿命は、蒸気タービンロータ５０の稼働条件や稼働環境等によっても変化するため、対象とする蒸気タービンロータ５０の稼働条件や稼働環境等を考慮して、目標腐食寿命を満足することの可能な、腐食代を予め検出しておく。

そして、腐食代ｘ２、ｘ３を設定する。ここで、腐食代ｘ２、ｘ３は、腐食代ｘ１と同様の手順で設定し、隙間３ａ、３ｂ、４毎に個別に腐食代を設定してもよいが、ここでは、腐食代ｘ２及びｘ３として、腐食代ｘ１の値を設定する。すなわち、隙間３ａは蒸気流入側面５に形成される隙間であるため、蒸気流出側面６に形成される隙間３ｂ及びロータディスク２の外周に形成される隙間４に形成される皮膜１１ｂ、１１ｃは、隙間３ａに形成される皮膜１１ａに比較して皮膜周囲に生じる腐食が比較的小さく、皮膜１１ｂ、１１ｃの腐食寿命は比較的長い。このため、腐食寿命が最も短い皮膜１１ａを代表とし、この皮膜１１ａの目標腐食寿命を満足し得る腐食代ｘ１を腐食代ｘ２、ｘ３として設定する。

例えば、目標腐食寿命を、３０年とし、皮膜１１ａとして、蒸気タービンロータ５０本体との密着性を高めた合成樹脂又は金属コーティングを使用したとき、腐食代ｘ１は、１０〜３０ｍｍ程度に設定される。
そして、図２（ａ）に示すように、隙間３ａの開口部を含み、隙間３ａの縁から左右に腐食代ｘ１の幅の領域を被覆領域ＡＲ１とする。
同様に、図２（ａ）に示すように、隙間３ｂの開口部を含み隙間３ｂの縁から左右に腐食代ｘ２の幅の領域を被覆領域ＡＲ２とする。さらに、図２（ｂ）に示すように、隙間４の開口部を含み隙間４の縁から左右に腐食代ｘ３の幅の領域を被覆領域ＡＲ３とする。
前記皮膜１１ａ〜１１ｃは、合成樹脂若しくは金属コーティングにより形成される。また、これら合成樹脂若しくは金属コーティングは、ロータディスク１及び動翼２に対する高密着性や耐熱性を有すると共に、水蒸気や酸素等の気体に対する遮蔽性を有する。

例えば、動翼２が蒸気タービンの最終段動翼である場合には、最終段動翼の雰囲気温度は、通常１００℃以下ではあるが、非常時等には３００℃以上に曝される可能性もあるため、皮膜１１ａ〜１１ｃは、非常時等において生じると予測される最高温度相当の温度に対する耐熱性を有する素材で形成される。例えば、動翼２が最終段動翼として適用され雰囲気温度が３００℃程度に達する場合には、皮膜１１ａ〜１１ｃとして、３００℃程度に対して耐熱性を有する素材が用いられ、例えばこの耐熱性を有する合成樹脂として、ポリアミドイミド又はポリアミドイミドに二硫化モリブデン又はグラファイトを複合させた樹脂（以下、これら樹脂をポリアミドイミド樹脂という。）を使用する。

このような特性を有する皮膜１１ａ〜１１ｃを、蒸気タービンロータに形成される隙間３ａ、３ｂ、４を塞ぐように配置することにより、隙間３ａ、３ｂ、４への水蒸気や酸素等の気体の侵入が回避される。これはすなわち蒸気タービンロータ稼働中に生じる、硫化水素や塩化物イオンなどの腐食性成分を含む水蒸気や酸素等が、隙間３ａ、３ｂ、４に侵入することを防止することになり、隙間３ａ、３ｂ、４に腐食性成分が侵入することに起因する、ロータディスク１の翼溝１ａ及び動翼２の翼脚部２ｂの腐食を防止することができる。

また、各皮膜１１ａ〜１１ｃは、それぞれ対応する隙間３ａ、３ｂ、４に対して、被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３のみに配置している。このため、例えば蒸気タービンロータ５０の表面全体に防食材を塗布する場合に比較して、皮膜１１ａ〜１１ｃを塗布する面積が狭くてすむから、その分、防食材の塗布工程を短縮することができると共に、塗布した後の防食材の点検等に要する所要時間も短縮することができ、結果的に、ロータディスク１への動翼２の取り付け工程全体の所要時間を短縮することができると共に作業を簡略化することができる。
特に、刷毛塗り法を用いた場合には、塗布する面積が広いときほど均一に塗布することは困難となるが、図１に示すように、隙間３ａ、３ｂ、４を含む被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３のみに塗布すればよいから、塗布作業をより容易に行うことができ、作業者の負担をより軽減することができる。

また、各皮膜１１ａ〜１１ｃを塗布する領域として被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３を設定し、この被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３の腐食代ｘ１〜ｘ３は、各皮膜１１ａ〜１１ｃが、目標腐食寿命を確保することの可能な値に設定している。このため、蒸気タービンロータを稼働することにより、ツリー部１ｂや翼脚部２ｂに腐食が生じ、皮膜１１ａ〜１１ｃの下層に回り込んで腐食が進んだとしても、目標腐食寿命の期間は、皮膜１１ａ〜１１ｃは、防食材としての性能を確保することができ、各隙間３ａ、３ｂ、４への腐食性成分の侵入を防止することができる。したがって、目標腐食寿命の期間は、隙間部３ａ、３ｂ、４への腐食性成分の侵入を防止することができ、その分、隙間部３ａ、３ｂ、４への腐食性成分の侵入を遅らせることができるから、蒸気タービンロータ５０全体の寿命の延長を図ることができる。

次に、上記皮膜１１ａ〜１１ｃの生成方法を説明する。
まず、皮膜１１ａ〜１１ｃの目標腐食寿命を設定する。
次に、目標腐食寿命を確保するのに必要な皮膜１１ａ〜１１ｃの腐食代ｘ１〜ｘ３を決定する。この皮膜１１ａ〜１１ｃの腐食代ｘ１〜ｘ３は、前述のように、予め設定した目標腐食寿命と、この目標腐食寿命を確保するのに必要な皮膜１１ａの腐食代との対応に基づき決定する。
そして、図２に示すように、隙間３ａの開口部を含む隙間３ａの左端から腐食代ｘ１までの領域及び隙間３ａの右端から腐食代ｘ１までの領域を被覆領域ＡＲ１として設定する。

同様に、隙間３ｂの開口部を含む隙間３ｂの左端から腐食代ｘ２までの領域及び隙間３ａの右端から腐食代ｘ２までの領域を被覆領域ＡＲ２として設定し、隙間４の開口部を含む隙間４の左端から腐食代ｘ３の領域及び隙間４の右端から腐食代ｘ３までの領域を被覆領域ＡＲ３として設定する。
そして、翼脚部２ｂを溝部１ａに嵌め込むことにより、動翼２をディスクロータ１に取り付ける。
次に、皮膜１１ａ〜１１ｃを生成すべき塗布面、すなわち、隙間３ａ、３ｂ、４を覆う被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３を、溶剤にて脱脂する。

続いて、脱脂した被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３に、刷毛塗り法又はスプレーを用いて、遮蔽材としての、ポリアミドイミド樹脂からなる合成樹脂を塗布した後、赤外線加熱装置を用いて予備乾燥（温度１５０℃）し、その後、３００℃程度の高温で本加熱をして、ポリアミドイミド樹脂を硬化させて、皮膜１１ａ〜１１ｃを形成する。
これにより、隙間３ａ、３ｂ、４を含む被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３に、隙間３ａ、３ｂ、４を覆うように皮膜１１ａ〜１１ｃが形成される。
なお、皮膜１１ａ〜１１ｃの膜厚は特に制約はないが、塗装コストと防食性能とのバランスから、膜厚が３０〜１００μｍ程度となるように膜厚を調整すればよい。

また、上記実施の形態においては、被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３に合成樹脂からなる皮膜１１ａ〜１１ｃのみを成膜する場合について説明したがこれに限るものではない。例えば図３に示すように、上記と同様の手順で合成樹脂からなる皮膜１２ａ〜１２ｃを成膜した後、さらにこの皮膜１２ａ〜１２ｃのそれぞれに対し、各皮膜１２ａ〜１２ｃの表面を覆うように金属コーティング１３ａ〜１３ｃを塗布することにより、隙間部３ａ、３ｂ、４を含む領域に、合成樹脂からなる皮膜１２ａ〜１２ｃとこの上に積層された金属コーティング１３ａ〜１３ｃとの２層からなる防食層を生成してもよい。

このようにすることによって、皮膜１２ａ〜１２ｃを、エロージョン損傷等から保護することができ、皮膜１２ａ〜１２ｃの耐食性をより向上させることができる。このため、皮膜１２ａ〜１２ｃの腐食寿命を向上させることができ、すなわち蒸気タービンロータの寿命を延ばすことができる。
なお、この場合には、皮膜１２ａ〜１２ｃ及び金属コーティング１３ａ〜１３ｃとの積層構造の腐食寿命に基づいて腐食代ｘ１〜ｘ３を設定すればよい。

また、上記実施の形態においては、ポリアミドイミド、或いはポリアミドイミドと二硫化モリブデン及びグラファイトとを複合させた樹脂等、のポリアミドイミド樹脂を、皮膜１１ａ〜１１ｃとして用いる場合について説明したがこれに限るものではなく、皮膜１１ａ〜１１ｃとして金属コーティングを行うようにしてもよい。要は、高密着性や耐熱性を有すると共に、水蒸気や酸素等の気体に対する遮蔽性を有する素材であれば適用することができる。

また、上記実施の形態において、皮膜１１ａ〜１１ｃの密着性を向上させるための密着成向上処理として、ショットピーニングやサンドブラスト処理を、皮膜１１ａ〜１１ｃを成膜する前に、被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３に対して行うようにしてもよい。このように、ショットピーニングやサンドブラスト処理を行うことにより、皮膜１１ａ〜１１ｃと、ツリー部１ｂや翼脚部２ｂとの密着性を向上させることができる。すなわち、皮膜１１ａ〜１１ｃを被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３のみに形成する構成であると、被覆１１ａ〜１１ｃの周縁部分のどこか一カ所でも外力や水分の侵入などが原因でめくれ上がったりしてしまった場合に、その部分を起点として被覆１１ａ〜１１ｃが剥がれてしまうということも考えられ、この点、全面に被覆を形成する従来の構成に比較して、被覆１１ａ〜１１ｃが剥がれやすいとも言える。これに対し、上記したように、ショットピーニングやサンドブラスト処理により密着性の向上を図っておけば、皮膜１１ａ〜１１ｃを剥がれにくくすることができ、腐食寿命の延長を図ることができる。

また、上記実施の形態においては、被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３のみに皮膜１１ａ〜１１ｃを設ける場合について説明したがこれに限るものではなく、被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３及びその周囲を含む領域にショットピーニングやサンドブラスト処理を行うようにしてもよい。ここで、ショットピーニングやサンドブラスト処理を行うことにより、密着性を向上させることができると共に、表面硬化を図ることができるため耐磨耗性を向上させることができる。したがって、被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３の周囲の耐磨耗性を向上させることにより、皮膜１１ａ〜１１ｃの周端部からの腐食の回り込みによって、ツリー部1ｂや翼脚部２ｂの、皮膜１１ａ〜１１ｃの下側部分が侵食されることを抑制することができ、結果的に皮膜１１ａ〜１１ｃを剥がれにくくすることができる。その結果、腐食寿命の延長を図ることができる。

また、上記実施の形態においては、皮膜１１ａ〜１１ｃが目標腐食寿命を維持することの可能な腐食代ｘ１〜ｘ３に基づき被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３を設定した場合について説明したがこれに限るものではない。
例えば、皮膜１１ａ〜１１ｃを成膜するための成膜作業に伴う労力、成膜した皮膜の検査に要する所要時間等の許容値を設定し、この許容値の範囲内で成膜することの可能な皮膜１１ａ〜１１ｃの腐食代ｘ１〜ｘ３を設定し、これに基づき設定される被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３のみに皮膜１１ａ〜１１ｃを成膜する。そして、このようにして設定した被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３の範囲のみに成膜することで形成される皮膜１１ａ〜１１ｃの腐食寿命を特定し、この腐食寿命を、蒸気タービンロータの耐用年数として蒸気タービンロータを稼働させるようにしてもよい。例えば、予め成膜作業に伴う労力、成膜した皮膜の検査に要する所要時間等の許容値と、これら許容値を満足する場合の腐食代ｘ１〜ｘ３と、この腐食代ｘ１〜ｘ３に基づき設定される被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３のみに皮膜１１ａ〜１１ｃを成膜した場合の皮膜１１ａ〜１１ｃの腐食寿命と、の対応を予め実験等により検出して対応付けておき、設定される、成膜作業に伴う労力、成膜した皮膜の検査に要する所要時間等の許容値に応じて、対応する腐食代ｘ１〜ｘ３及び皮膜１１ａ〜１１ｃの腐食寿命を獲得するようにすればよい。

そして、被覆領域ＡＲ１〜ＡＲ３が狭いほど、成膜作業に伴う労力の削減や成膜した皮膜の検査に要する所要時間の短縮を図ることができるため、成膜作業に伴う労力や皮膜の検査に要する所要時間と、蒸気タービンロータの耐用年数とを考慮して、腐食代ｘ１〜ｘ３を設定することによって、蒸気タービンロータに必要とされる耐用年数を確保しつつ、成膜作業に伴う労力の削減や成膜した皮膜検査に要する所要時間の短縮を図ることができる。
ここで、翼溝１ａが嵌め込み溝に対応し、皮膜１１ａ〜１１ｃが遮蔽層に対応し、隙間３ａ、３ｂが、蒸気タービンロータの蒸気流入側又は蒸気流出側に開口した隙間に対応し、隙間４がロータディスクの外周側に開口した隙間に対応している。

１ディスクロータ
１ａ翼溝
１ｂツリー部
２動翼
２ａ翼幹
２ｂ翼脚部
３、３ａ、３ｂ、４隙間
５蒸気流入側面
６蒸気流出側面
７閉塞板
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ皮膜
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ皮膜
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ金属コーティング
５０蒸気タービンロータ

Claims

動翼を嵌め込むための複数の嵌め込み溝が外周部に形成されたロータディスクを有するロータ本体と、前記嵌め込み溝と嵌合する複数の動翼と、前記嵌め込み溝と前記動翼とを嵌合させることにより形成される隙間への腐食性成分の侵入を阻止するための遮蔽層と、を備えた蒸気タービンロータにおいて、
蒸気タービンロータの蒸気流入側又は蒸気流出側に開口した前記隙間に対する前記遮蔽層は、前記隙間の開口部と当該開口部の縁から所定の腐食代の幅の領域とからなる被覆領域のみに配置されることを特徴とする蒸気タービンロータ。
前記腐食代は、前記遮蔽層が、前記隙間への腐食性成分の侵入を防止する遮蔽材としての機能を維持することの可能な期間を表す腐食寿命の目標値に応じて設定されることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンロータ。
前記ロータディスクの外周側に開口した隙間に対する遮蔽層は、前記ロータディスクの外周側に開口した隙間の開口部と当該開口部の縁から前記腐食代の幅の領域とからなる被覆領域のみに配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蒸気タービンロータ。
前記遮蔽層は、合成樹脂からなる第１の皮膜と、第２の皮膜との積層構造を有し、前記第２の皮膜は、前記第１の皮膜を覆う金属コーティング層であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の蒸気タービンロータ。
動翼を嵌め込むための複数の嵌め込み溝が外周部に形成されたロータディスクを有するロータ本体と前記嵌め込み溝と嵌合する複数の動翼とを備え、前記嵌め込み溝と前記動翼とを嵌合させることにより形成される隙間に、当該隙間への腐食性成分の侵入を阻止する遮蔽層を設けるようにした蒸気タービンロータの製造方法において、前記遮蔽層が前記隙間への腐食性成分の侵入を防止する遮蔽材としての機能を維持することの可能な期間を表す腐食寿命の目標値に応じて腐食代を設定し、前記嵌め込み溝と前記動翼とを嵌合させた後、前記隙間の開口部と当該開口部の縁から前記腐食代の幅の領域とからなる被覆領域のみに前記遮蔽層を塗布し、且つ、前記遮蔽層を塗布する前に、少なくとも前記被覆領域に、前記遮蔽層との密着性を向上させるための密着性向上処理を行うことを特徴とする蒸気タービンロータの製造方法。